O que é um ventilador axial? Explicação sobre arrefecimento e ventilação

Prefácio

O mundo atual caracteriza-se pela necessidade de sistemas de refrigeração e ventilação rápidos e eficazes para várias aplicações. Os ventiladores axiais tornaram-se a escolha mais popular neste domínio. Os ventiladores, normalmente conhecidos como ventiladores de hélice, são construídos de forma a garantir que movimentam uma quantidade significativa de ar ao longo de uma linha reta, o que é muito conveniente para muitas aplicações industriais e comerciais. Neste artigo, vamos aprender o que é um ventilador axial, como funciona e as suas vantagens como forma de arrefecimento e ventilação.

Com base no relatório da Grand View Research, o tamanho do mercado de ventiladores axiais foi avaliado em US $ 2,7 bilhões em 2020 e está projetado para crescer a um CAGR de 4,5% de 2021 a 2028 para atingir US $ 3,8 bilhões, revela o mesmo relatório. Isso pode ser levado em consideração na crescente demanda por soluções de resfriamento em diferentes setores, como automotivo, aeroespacial, estufa e eletrônico.

O que é um ventilador axial?

O ventilador axial, também conhecido como ventilador de fluxo axial, é um exemplo de um ventilador que tem um fluxo de ar paralelo ao eixo do ventilador. Enquanto os ventiladores centrífugos são os que aspiram o ar lateralmente e o expulsam radialmente, os ventiladores axiais empurram o ar em linha reta. Esta é a razão de ser do axial. Estes ventiladores têm geralmente uma caixa cilíndrica, um motor elétrico e uma hélice com várias pás ligadas ao eixo do motor.

Os ventiladores axiais variam em tamanho e configuração. O seu tamanho e forma dependem da aplicação e das necessidades do caudal de ar. São produzidos em diferentes tamanhos, desde pequenos ventiladores pessoais em aparelhos electrónicos até grandes ventiladores utilizados em sistemas de ventilação e torres de refrigeração. Com base no tipo de corrente eléctrica, os ventiladores axiais podem ser divididos em três categorias principais:

Ventiladores axiais AC (corrente alternada)
Ventiladores axiais de corrente contínua ou DC
Ventilador Axial EC (Comutado Eletronicamente)

Uma das principais caraterísticas dos ventiladores axiais é a sua capacidade de movimentar grandes quantidades de ar numa área concentrada onde esse ar tem uma densidade elevada. Ao mesmo tempo, estes ventiladores exercem uma pressão estática comparativamente baixa. Esta é a razão pela qual são preferidos para proporcionar um elevado volume de fluxo de ar e um arrefecimento ou ventilação eficazes. Dispositivos como equipamentos electrónicos, processos industriais e sistemas HVAC de edifícios são apenas alguns exemplos.

Como funciona um ventilador axial?

As ventoinhas axiais funcionam criando uma diferença de pressão entre a parte da frente e a parte de trás das pás da ventoinha. A rotação das pás força o ar para a frente. Assim, cria uma área de baixa pressão atrás do ventilador e uma área de alta pressão à sua frente. A diferença de pressão faz com que o ar flua através da ventoinha, e assim, o ar move-se do lado de alta pressão para o lado de baixa pressão.

Vários factores influenciam o desempenho de um ventilador de fluxo axial:

Design da lâmina: A forma geométrica e o ângulo das pás da ventoinha são também factores-chave que determinam o desempenho da ventoinha. Geralmente, as pás de uma turbina eólica têm a forma de um aerofólio, semelhante à asa de um avião. Esta forma é a principal razão para a redução da resistência do ar e o aumento da eficiência. O ângulo das pás também é importante porque afecta o fluxo de ar e a pressão da ventoinha. Um ângulo maior resulta na mesma pressão.

Velocidade do motor: A velocidade do motor é o segundo fator mais importante, a seguir ao tamanho da ventoinha, que influencia o fluxo de ar. A maior velocidade do motor produz mais caudal de ar, mas este ruído é proporcional. A fonte de alimentação é o fator mais importante na determinação da velocidade do motor do ventilador e, por extensão, do desempenho do ventilador.

Tamanho da ventoinha: O caudal de ar da ventoinha pode ser determinado pelo seu tamanho. Quanto maior for o ventilador, mais ar pode movimentar, mas isto também significa que os custos de funcionamento são mais elevados. A conceção de ventiladores AVAC requer um equilíbrio entre as exigências do caudal de ar e a relação custo-eficácia.

O passo da pá é o principal fator a ser considerado quando a profundidade do ventilador e o ângulo de passo da pá estão a ser avaliados. A regra geral é ter pelo menos um grau de inclinação da pá por polegada de profundidade do ventilador. Assim, um ventilador axial com 10 polegadas de profundidade precisa de ter um ângulo de inclinação das pás de pelo menos 10 graus. Um estudo efectuado pela Universidade de Illinois demonstrou que a quantidade de ar movimentada por um ventilador axial de 10 polegadas de profundidade aumentou 15% quando o ângulo de inclinação das pás foi aumentado de 10 para 20 graus. O consumo de energia, no entanto, permaneceu o mesmo.

Vantagens da utilização de ventiladores axiais para arrefecimento e ventilação

Os ventiladores axiais oferecem várias vantagens quando se trata de aplicações de arrefecimento e ventilação. Vamos explorar alguns dos principais benefícios:

Fluxo de ar e capacidades de arrefecimento eficientes

Uma das vantagens dos ventiladores de caudal axial é o facto de poderem movimentar grandes volumes de ar de uma forma muito eficiente. É por isso que são considerados uma das melhores formas para aplicações de elevado caudal de ar. Estas aplicações incluem o arrefecimento de equipamento eletrónico, a ventilação de grandes espaços e a exaustão de calor e fumos. Os ventiladores axiais podem ser utilizados para controlar as temperaturas e evitar o sobreaquecimento em diferentes sistemas, mantendo um fluxo de ar constante.

A pesquisa da Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado (ASHRAE) estabeleceu que os ventiladores axiais podem atingir taxas de fluxo de ar de até 100.000 pés cúbicos por minuto (CFM) ou mais. A taxa de fluxo de ar é um fator do tamanho do ventilador e da sua construção. A elevada capacidade de caudal de ar dos ventiladores de caudal axial permite que sejam utilizados para uma vasta gama de tarefas de arrefecimento e circulação de ar.

Podem ser utilizados diferentes designs de ventiladores para obter a maior eficiência dos ventiladores axiais para uma determinada aplicação. Por exemplo, alguns ventiladores axiais têm pás de passo ajustável. Estas pás são capazes de ajustar o caudal de ar e as caraterísticas da pressão do ar para que o sistema atinja o resultado operacional desejado. Os outros modelos podem utilizar palhetas-guia ou alisadores. Estas peças também reduzem a turbulência e garantem uma melhor entrada e distribuição do ar.

Funcionamento com baixo ruído

A outra vantagem dos ventiladores axiais é o seu funcionamento relativamente silencioso em comparação com outros tipos de ventiladores. Isto deve-se ao seu carácter aerodinâmico. Os ventiladores axiais são concebidos para mover o ar em linha reta através de uma área definida, o que os torna menos ruidosos e turbulentos. O funcionamento silencioso é uma caraterística importante em locais onde é necessário um baixo nível de ruído, como escritórios, hospitais ou residências.

Para minimizar o ruído nos ventiladores axiais, os fabricantes introduzem diferentes métodos. Por exemplo, podem utilizar diferentes formas de pás ou isolamento acústico. Podem também adotar o controlo de velocidade variável para maximizar a eficiência do ventilador e reduzir o ruído em diferentes definições de velocidade. Estas caraterísticas fazem dos ventiladores axiais uma opção de primeira escolha em vez de outros ventiladores industriais quando o ruído é um critério.

Tamanho compacto e design leve

Os ventiladores axiais caracterizam-se pelo seu pequeno tamanho e peso reduzido, o que os torna fáceis de instalar e integrar em muitos sistemas. Isto é especialmente benéfico em situações em que o espaço é limitado e a compactação dos dispositivos é uma prioridade, como em eletrónica, pequenos aparelhos ou sistemas de ventilação.

As dimensões reduzidas dos ventiladores axiais permitem uma utilização mais livre em termos de colocação e de tipo de montagem. Podem ser instalados nas condutas, paredes ou tectos de uma forma adequada à aplicação, tendo em conta os seus requisitos específicos. Além disso, a natureza leve dos ventiladores axiais resulta numa redução do peso do sistema de refrigeração ou ventilação, o que pode ser útil em áreas onde o peso é um fator importante, como nas indústrias aeroespacial e automóvel.

Comparação entre ventiladores axiais e outros tipos de ventiladores

Para compreender melhor as caraterísticas únicas e as vantagens dos ventiladores de fluxo axial, é útil compará-los com outros tipos comuns de ventiladores utilizados em aplicações de arrefecimento e ventilação.

Ventiladores Axiais vs. Ventiladores Centrífugos

Os ventiladores centrífugos, também designados por ventiladores radiais, são outro tipo de ventilador muito utilizado em diferentes aplicações industriais. Ao contrário dos ventiladores axiais, que movem o ar na direção axial, os ventiladores centrífugos trazem o ar dos lados e depois expulsam-no radialmente, perpendicularmente ao eixo do ventilador.

Os ventiladores centrífugos são normalmente mais eficazes para aplicações que requerem pressões estáticas mais elevadas. Os ventiladores centrífugos são utilizados em sistemas de ar condicionado, sistemas de exaustão ou recolha de poeiras. Podem produzir pressões mais elevadas do que os ventiladores axiais e são mais eficientes a ultrapassar a resistência em condutas ou sistemas de filtragem.

No entanto, os ventiladores axiais podem atingir caudais de ar mais elevados quando comparados com ventiladores centrífugos de dimensões semelhantes. Além disso, têm um tamanho e peso maiores do que os ventiladores axiais, o que pode ser um problema em aplicações onde o espaço é muito limitado ou o peso é um fator importante.

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Ventiladores Axiais vs. Ventiladores Tangenciais

Os ventiladores tangenciais, também conhecidos como ventiladores de fluxo cruzado, são o outro tipo de ventilador utilizado em algumas aplicações de refrigeração e ventilação. Estes ventiladores movem o ar numa direção perpendicular ao rotor do ventilador. Isto produz um padrão de fluxo de ar amplo e uniforme.

Os ventiladores tangenciais são frequentemente utilizados em casos em que é necessária uma distribuição de ar ampla e uniforme. Cortinas de ar, sistemas HVAC e unidades de refrigeração são alguns dos exemplos. São famosos por produzirem uma enorme quantidade de ar numa área ampla. Isto significa que podem ser utilizados para arrefecer ou ventilar áreas maiores.

No entanto, sabe-se que os ventiladores tangenciais têm menos capacidade de pressão estática do que os ventiladores axiais e os ventiladores centrífugos. Além disso, são menos eficientes do ponto de vista energético. Em certos casos, podem produzir mais ruído do que os ventiladores axiais.

Caraterística	Ventilador axial	Ventilador centrífugo	Ventilador tangencial
Direção do fluxo de ar	Paralelo ao eixo	Perpendicular ao eixo (radial)	Perpendicular ao impulsor
Caudal de ar	Elevado	Moderado	Elevado
Pressão estática	Baixa	Elevado	Baixa
Aplicações	Ventilação geral, baixa resistência	Alta resistência (condutas, filtros), sistemas AC	Ampla distribuição de ar (cortinas, HVAC)
Vantagens	Fluxo de ar de elevado volume, silencioso, compacto	Bom para ultrapassar resistências, pressão mais elevada	Distribuição de ar ampla e uniforme

Aplicações dos ventiladores axiais

Dispositivos e sistemas electrónicos de refrigeração

Os ventiladores axiais apresentam uma elevada eficiência no arrefecimento de dispositivos e sistemas electrónicos. Alguns deles incluem computadores, servidores, dispositivos de telecomunicações e eletrónica de potência. As ventoinhas axiais têm a importante tarefa de manter o sistema a funcionar à temperatura correta e evitar o sobreaquecimento.

Nestes casos, os ventiladores axiais têm duas funções principais. Em primeiro lugar, introduzem ar frio no equipamento ou sistema. Por outro lado, são responsáveis pela exaustão do ar quente proveniente da parte eletrónica do dispositivo. A compacidade e as caraterísticas de elevado caudal de ar dos ventiladores axiais garantem que são adequados para estas tarefas de arrefecimento. Conseguir um funcionamento fiável e prolongar a vida útil dos dispositivos electrónicos é possível através da utilização de ventiladores axiais.

Ventilação em edifícios industriais e comerciais

Os ventiladores axiais são também utilizados na ventilação de muitos locais comerciais e industriais, como fábricas, armazéns, escritórios, escolas e outros grandes edifícios. Nestes casos, os ventiladores axiais estão lá para manter a qualidade do ar interior e os níveis de conforto.

Nos casos em que são utilizados ventiladores axiais, estes são normalmente instalados nas condutas de ventilação. Podem ser montados nas paredes ou no teto. O objetivo é assegurar um fornecimento de ar constante e remover o ar viciado ou poluído. O ventiladores axiais para climatização podem ser utilizados para fins de ventilação. Estes sistemas também podem ser concebidos para fins especiais, por exemplo, para eliminar o calor, a humidade ou os poluentes do ambiente interior.

O elevado caudal de ar e o funcionamento pouco ruidoso dos ventiladores axiais tornam-nos ideais para a ventilação de espaços ocupados. Estes ventiladores foram concebidos para garantir uma atmosfera interior agradável e saudável para os ocupantes.

Sistemas de exaustão e remoção de fumos

Além disso, os ventiladores axiais são componentes essenciais em sistemas de exaustão e evacuação de fumos. Efluentes como fábricas, laboratórios ou cozinhas têm tendência para produzir fumos nocivos, poeiras ou outros contaminantes transportados pelo ar que podem ser prejudiciais para as pessoas. Estes devem ser extraídos de forma eficiente para garantir a segurança no local de trabalho.

Os ventiladores que funcionam em movimento axial são normalmente utilizados nestes sistemas de exaustão. Estes sopram o ar poluído para longe da fonte. Finalmente, as águas residuais são descarregadas ou tratadas utilizando dispositivos de filtragem. A capacidade dos exaustores axiais para movimentar um elevado caudal de ar permite-lhes eliminar grandes volumes de ar num curto espaço de tempo. É por isso que é possível preservar a qualidade do ar interno e prevenir problemas de saúde entre os trabalhadores, ao mesmo tempo.

Em cozinhas comerciais, por exemplo, os ventiladores axiais estão presentes em exaustores e sistemas de exaustão. Proporcionam desodorização, ventilação e remoção de fumo. Ou seja, criam uma cozinha agradável e sem riscos para o pessoal da cozinha. Os exaustores axiais podem movimentar um grande volume de ar, razão pela qual são muito eficazes nestas tarefas.

Conclusão

Em conclusão, os ventiladores axiais, conhecidos como ventiladores de hélice, são uma ferramenta polivalente e eficaz para lidar com vários problemas de refrigeração e ventilação. Podem movimentar muito ar numa linha. São pequenos, pouco ruidosos e fáceis de utilizar. Esta é a razão pela qual são como um kit de ferramentas para a maioria das indústrias.

Os ventiladores de fluxo axial estão entre os componentes chave em muitas áreas que asseguram a preservação de uma temperatura óptima, qualidade do ar e segurança. No entanto, não se limitam apenas ao arrefecimento de dispositivos e sistemas electrónicos, à ventilação de grandes edifícios e à remoção de fumos. Com as indústrias em constante mudança, o conhecimento da utilização dos ventiladores axiais e da sua eficiência tornar-se-á cada vez mais importante.